[转载]汽车发动机技术的现状与未来发展

汽车发动机技术的现状与未来发展

内燃机的发明，带动了汽车的发展，给世人在“行”上带来极大的便利，使得窨距离缩小，人们的工作速度得以提高。近年来随着电子技术的发展，又使汽车发动机如虎添翼，成为高新技术的集成。 　　汽车用内燃机作动力并发展成为支柱产业，在历史上有几次革命性的进步，第一次是石油作为内内燃机的燃料，这使发动机摆脱了最初建立在煤气为燃料基础上的固定式发动机，从而迈向移动式的车用动力。第二次革命是汽车生产的工业化。第三次是电子技术与发动机技术相结合。电子技术最初在汽油机上的应用是实现电子点火，然后到电控燃油喷射，至今天点火和喷射的集成管理。 　　短短几十年，发动机成为高新技术的集成。无论是燃油经济性、动力性、废气排放水平等等，是任何一种其他动力机械所无法比拟的。这一切都来源于电子技术发挥的作用。 　　电子技术是发动机现代化的灵魂 　　汽油机的燃油电子喷射 相比于过去采用的化油器，燃油电子喷射系统可以的燃油计量精确度上有较大幅度的提高。因此，采用电子控制燃油喷射的汽油机，其经济性和动力性有很大的提高，使对混合气浓度要求的三效催化转化器降低排放成为可能。 　　电子控制燃油喷射从单点式发展到多点式。这使汽油机不仅在动力性上仍旧能保持其密度的特点，而且其燃油性几乎可以和柴油机相媲美。有人甚至称汽油直接喷射是汽油机的一次革命。汽油直接喷射技术已经在日本三菱、丰田和日产的一些发动机上应用。欧洲的一些汽车公司如德国大众、法国雷诺等也在发展之中。 　　汽油机点火和管理系统 汽油机是电火花点燃混合气的点燃式发动机。火花的发生过去是依靠点火系统内的机械式白金断电器来完成的。断电器在高速运转下很容易磨损并烧蚀，从而使发动机出现失火，造成动力性下降和有害排放物激增的后果。 　　采用电磁式或霍尔式无触点的断电器便彻底解决汽油机运转过程中动力下降的排放增加的难题，也大大地减少了发动机的维修和保养工作。现代的高性能汽油机已经毫无例外地采用了电子控制的无触点点火系统。 　　汽油机的可变气门定时和升程系统 发动机的气门是控制进气与换气过程的基本机构，主要的控制参数是气门定时和升程。对应于一定的运行工况，要求的定时和升程各不相同。但一般发动机一经制造出后，气门机构的定时和升程便不能改变，这势必造成部分工况不能在最优的状态下，动力性、经济性和排放品质达到最优。 　　以日本本田思域车用发动机为例，1.5升排量、非增压的直列4缸汽油机，采用VTEC系统后，功率由70kW提高至100kW。目前正在发展的完全电子控制的气门机构，可以取消汽油机的节气门，进气量大小完全由气门定时和升程决定。这样可以使汽油机燃料经济性再提高一步。 　　柴油机的高压共轨喷射和可预喷的泵喷嘴技术 柴油机的高压喷射是实现高动力性、经济性和低排放的关键。但柴油机的工作噪声比较大一直是限制其发展的主要障碍。燃油预喷是解决柴油机燃烧噪声的关键电子控制的高压共轨喷射和预喷的泵喷嘴技术已经可以成功解决这一难题。目前国际上已经发展了可以将少部分燃油预先喷进气缸，这样便大幅度降低了燃烧噪声，甚至可以与汽油机相媲美。 　　这一技术使柴油机从大量应用于固定动力装置和载重车，进到汽油机传统的轿车领域。在欧洲，截止到2000年，已经有近30%的轿车采用柴油机作动力。其中应有相当数量采用上述燃油喷射系统。在此基础上发展的100公里仅耗油3升的轿车，就是采用带预喷的电控泵喷嘴燃油喷射系统。 　　喷嘴截面可调的增压器 废气涡轮增压技术是上世纪60年代后得到大量应用的技术，不仅可以大幅度提高发动机的功率输出，而且可以相应地减少燃油消耗。目前这一技术在柴油机上得到广泛应用。欧美的柴油机约95%都采用废气涡轮增压。 　　但是增压器自身的质量使加速响应和低速性能受到影响，造成低速扭矩下降、排烟增加。要想弥补这一缺陷，简单的方法是牺牲高速性能或牺牲一定的经济性，变截面喷嘴技术便解决了这个难题。采用这项技术，低速时减少喷嘴截面减小排气阻力，从而使发动机的扭矩特性得到大幅度提高，废气排放品质也相应得到改善。 　　废气再循环技术 发动机燃烧过程中以空气为助燃剂，空气中的氮气会在燃烧中与氧气反应产生对环境有害的氮氧化物（NOx），限制发动机的废气排放物NOx就是其中之一。为了降低NOx排放，最有效的措施之一就是将一部分废气再次返回进气中参加燃烧以降低燃烧温度，同时也减少了NOx的排放。问题是废气怎样加入才会既不影响发动机的正常工作，而又达到降低NOx排放的目的。 　　比如汽油机，部分负荷时本来就有大量废气留在缸内，增加废气将会使发动机工作不正常，有害排放物增加，因此，废气再循环只有在一部分工况时工作才能实现其降低NOx排放，同时不影响发动机工作的目的。电子控制技术提供了这种可能。目前先进工业国的汽车为了满足欧洲Ⅲ号以上的排放法规，无论是汽油机还是柴油机都采用电子控制的废气再循环技术。 　　如此等等可以见到，现代发动机的几乎所有最新技术都与电子技术紧密结合，电子技术是使发动机成为当今集高新技术于一身的高技术产品的灵魂。目前已有电动风扇取代机械风扇，将来会以电动水泵取代机械水泵，将会把起动机、发电机和飞轮合成一体，气门也采用电动，汽油机不再需要节气门。 　　这样汽车的冷车加热时间更短，运行中的刹车能量、下坡能量都能得以回收，将会使发动机更加经济。未来的发动机除还继续需要燃料燃烧，还需要曲柄连杆机构输出动力之外，其余的部件均可以由电子、液压来控制，成为真正的机、电、液一体化的产品.